Колонковый набор состоит из иородоразрушающего инструмента, колонковой трубы для приема и сохранения керна и переходника для соединения с колонной бурильных труб. В качестве породоразрушающего инструмента используют коронки, армированные резцами из твердых сплавов или алмазными зернами, а также дробовые. Соответственно различают три разновидности колонкового бурения: твердосплавное, алмазное и дробовое.

Колонковый набор для твердосплавного бурения состоит из твердосплавной коронки, колонковой трубы длиной от 1…2 м до 5…7 м и переходника. Твердосплавные коронки представляют собой короночное кольцо, армированное твердосплавными резцами.

Короночные кольца делают из стальных трубных заготовок. Вверху короночного кольца нарезают наружную трапецеидальную резьбу для соединения с колонковой трубой, а внутреннюю растачивают на конус для облегчения заклинивания керна.

В колонковый набор при алмазном бурении, кроме алмазной коронки, входят алмазный расширитель, устанавливаемый над коронкой, колонковая труба и переходник для соединения с колонной бурильных труб. Основное назначение алмазного расширителя — предупреждать сужение ствола в процессе бурения из-за износа подрезных алмазов коронки.

При дробовом бурении в состав колонкового набора входят дробовая коронка, колонковая и шламовая трубы и тройной переходник. С помощью тройного переходника соединяют колонковую и шламовую трубы и присоединяют весь колонковый набор к колонне бурильных труб.

Твердосплавные коронки представляют собой короночное кольцо, армированное резцами из твердого сплава. Для бурения используют вольфрамокобальтовые металлоке-рамические сплавы ВКЗ, ВК6, ВК8, ВКЮ, ВКН И ВК15. Цифра показывает процентное содержание в сплаве кобальта. С увеличением его содержания возрастает устойчивость резцов к ударным нагрузкам, но снижается износостойкость. По форме резцы бывают игольчатые, пластинчатые и восьмигранные. Для улучшения условий промывки забоя и охлаждения резцов в короночном кольце между резцами прорезаны промывочные каналы.

Рис. 1. Короночное кольцо:
1 — конусная расточка; 2 — резьба под колонковую трубу; 3 — углубление для короночного ключа.

Рис. 2. Колонковый набор для дробового бурений:
1 — дробовая коронка; 2 — колонковая труба; 3 — тройной переходник; 4 — шламовая труба; 5 — укороченная бурильная труба.

По назначению резцы твердосплавных коронок делят на основные и подрезные. Основные резцы устанавливают по торцу коронки и ими разрушают породу забоя. Подрезными резцами наружную и внутреннюю поверхности корпуса коронки оборудуют дополнительно. Их назначение — предупредить быстрый износ коронки по диаметру (особенно при бурении в абразивных породах) и обеспечить калибровку ствола скважины.

Выпуск резцов над торцом коронки может быть одинаковым или ступенчатым. В последнем случае порода забоя разрушается более эффективно. Для бурения в породах средней твердости резцы в коронке устанавливают вертикально, в мягких — с положительным углом наклона, в твердых — с отрицательным.

По размерам и расположению применяемых резцов твердосплавные коронки делят на ребристые, мелкорезцовые и самозатачивающиеся.

Ребристые коронки типа Ml, М2 и МБ применяют в мягких и рыхлых малоабразивных, а также в набухающих глинистых породах. Коронками Ml бурят в мягких однородных породах I — III категории по буримости, коронками М2 —в мягких породах II—IV категорий с небольшими прослойками твердых пород. Коронки М5 используют в однородных породах II—IV категорий. Эти коронки обеспечивают большой зазор между колонковым снарядом и стенками скважин. Выпускают ребристые коронки типа М диаметром 93, 112, 132 и 151 мм.

Рис. 3. Твердосплавные буровые коронки:
а — ребристая типа М2; б — мелкорезцовая типа СМ4; в — самозатачивающаяся типа СА2.

Для бурения малоабразивных пород средней твердости (IV—VI и частично VII категории) используют твердосплавные мелкорезцовые коронки СМЗ, СМ4, СМ5, СМ6 и СТ2. Коронки СТ2 могут быть использованы также в трещиноватых, перемежающихся породах. Выпускают мелкорезцовые коронки диаметром от 36 до 151 мм.

Для бурения абразивных пород VI—VIII категорий применяют самозатачивающиеся твердосплавные коронки СА1, СА2, САЗ и СА4. Резцы в самозатачивающихся коронках выполнены в виде тонких пластин или стержней небольшого сечения, закрепленных в матрице из мягкой стали. Износостойкость матрицы значительно меньше износостойкости резцов, вследствие чего в процессе бурения происходят более быстрый износ ее и непрерывное обнажение резцов.

Коронки СА1 используют при бурении плотных, монолитных абразивных пород VI—VII категорий, а коронки СА2, САЗ и СА4 перемежающихся абразивных пород VI—VIII и частично IX категорий.

Алмазные коронки представляют собой короночное кольцо, к торцу которого прикреплена алмазосодержащая матрица. Для прохода промывочной жидкости в коронке прорезаны промывочные каналы, а на боковой поверхности просверлены три несквозных углубления для короночного ключа, которым навинчивают коронки. В настоящее время в практике бурения разведочных скважин используют алмазные коронки диаметром 36, 46, 59, 76 и 93 мм.

Армируют алмазные коронки техническими алмазами массой 0,25…20 мг. Около 60 % алмазов закрепляют в рабочем торце матрицы (объемные алмазы), остальные (подрезные) — в боковых стенках матрицы, которые служат для калибровки стенок скважины. Обычно подрезные алмазы крупнее объемных.

Рис. 4. Алмазные коронки:
а — однослойная; б — многослойная; в — импрегнированная; 1 — объемные алмазы; 2 — подрезные алмазы; 3— матрица кольцевая; 4 — корпус коронки; 5 — матрица, насыщенная мелкими алмазами.

По размеру и способу размещения алмазов различают три типа коронок: однослойные, многослойные и импрегнированные.

В однослойных коронках объемные алмазы массой 3…20 мг расположены на торце коронки одним слоем. Ими в основном бурят малоабразивные монолитные породы VI—X категорий.

В многослойных коронках объемные алмазы массой 1,5…3 мг расположены в матрице несколькими слоями параллельно торцу коронки. По мере износа алмазов первого слоя в работу вступают алмазы последующих слоев, что обеспечивает более равномерную скорость бурения по сравнению с однослойными коронками, у которых она вследствие непрерывного износа алмазов постепенно снижается. Применяют многослойные коронки для бурения в абразивных породах IX—X и частично XI категорий по буримости.

Для бурения в абразивных и трещиноватых породах IX—XII категорий используют импрегнированные алмазные коронки, в которых объемные алмазы массой 0,25…0,3 мг равномерно распределены в матрице коронки по всей ее высоте.

Дробовые коронки представляют собой отрезок толстостенной трубы длиной 400…500 мм. В верхней части коронка имеет наружную резьбу для соединения с колонковой трубой и внутреннюю конусную расточку. В нижней части имеется прорезь высотой 150… 180 мм и шириной равной длины средней окружности коронки по торцу коронки, предназначенная для питания забоя скважины дробью.

Изготавливают дробовые коронки из высококачественной стали диаметром 75, 91, 110, 130 и 150 мм. Дробовые коронки работают на забое до износа вырезанной части на 70…80% по высоте. Для увеличения диаметра бурения на корпус дробовой коронки диаметром 150 мм с наружной стороны наваривают продольные ребра, увеличивая тем самым диаметр коронки до 200 мм,-

Колонковые трубы изготавливают из цельнотянутых стальных труб с толщиной стенок 3,5…4,5 мм, диаметром 34, 44, 57, 73, 89, 108, 127 и 146 мм и длиной 1,5, 3, 4,5 и 6 м. На обоих концах трубы нарезают внутреннюю трапецеидальную резьбу. Трубы диаметром до 73 мм применяют, как правило, при алмазном бурении, а более 73 мм используют при твердосплавном и дробовом. При необходимости применения длинных колонковых наборов их соединяют друг с другом с помощью ниппелей.

Шламовые трубы выпускают того же сортимента, что и колонковые. Устанавливают их над колонковой трубой, как правило, при дробовом бурении. Служат они для улавливания крупных частиц шлама и отработанной дроби. На нижнем конце шламовой трубы нарезают левую трапецеидальную резьбу для соединения через тройной переходник с колонковой трубой. Левая резьба предотвращает самопроизвольное отвинчивание шламовой трубы в процессе бурения. Верхний конец шламовой трубы срезан под углом и загнут внутрь, чтобы при подъеме снаряда он не задевал за башмак обсадных труб.

Переходниками соединяют колонковую трубу с колонной бурильных труб, а если есть шламовая труба, то и с ней. В первом случае применяют фрезерные переходники, во втором — тройные, имеющие дополнительно вверху левую резьбу для соединения со шламовой трубой.

Бурильными трубами передаются породоразрушаю-Щему инструменту крутящий момент и осевая нагрузка, а также подается на забой скважины промывочная жидкость. Изготавливают их из цельнотянутых стальных труб длиной от 1,5 до 6 м. На концах труб нарезают резьбу, предварительно утолщая их концы путем высадки внутрь. При колонковом бурении используют бурильные трубы с ниппельными и муфтово-замковыми соединениями.

Рис. 5. Дробовая коронка.

Рис. 6. Колонковая труба:
а — труба; 6 — ниппель.

Рис. 7. Переходники:
а — бурильная труба; б — ниппель типа А; в — ниппель типа Б.

Рис. 8. Бурильная труба ниппельного соединения:

Рис. 9. Шарнирный ключ для бурильных труб:
1 — откидная скоба; 2 — наружная скоба; г —сухарь; 4 — рукоятка; 5— наплавка твердого сплава.

При ниппельном соединении на обоих концах бурильной трубы нарезают внутреннюю ленточную резьбу, а между собой трубы соединяют ниппелями. Наружный диаметр ниппеля равен наружному диаметру бурильных труб. Применяют бурильные трубы ниппельного соединения при алмазном бурении.

При твердосплавном и дробовом бурении чаще применяют бурильные трубы муфтово-замкового соединения диаметром 42, 50 и 63,5 мм. На высаженных концах бурильных труб нарезают наружную треугольную резьбу.

В свечи бурильные трубы так же, как и при роторном бурении, соединяют муфтами, а свечи в колонну — замками. Каждый замок состоит из ниппеля и муфты.

Ниппель и муфта имеют внутреннюю резьбу, с помощью которой их соединяют с бурильными трубами, а также крупную резьбу с большой конусностью для свинчивания ниппеля и муфты между собой. Благодаря этой резьбе свинчивание и развинчивание свечей происходит значительно быстрее, чем при ниппельном соединении, и в то же время обеспечивается герметичность соединений.

При спуско-подъемных операциях колонну бурильных труб подвешивают на подкладной вилке, вставляемой в прорезь замка или ниппеля. Свинчивают и развинчивают свечи вручную шарнирными ключами или механическими трубораз-воротами, установленными на устье скважины. Подъем и спуск колонны бурильных труб осуществляют специальным элеватором, подхватывающим колонну бурильных труб за прорези ниппеля или замка. Чтобы трубы не выпадали из гнезда элеватора, на нем имеется подвижное запорное кольцо.

Рис. 10. Элеватор для колонкового бурения:
1 — серьга; 2 — гайка; 3 — корпус; 4 — запорное кольцо.

Утяжеленные бурильные трубы (УБТ) устанавливают непосредственно над колонковой трубой. Они создают необходимую осевую нагрузку на породоразрушаю-щий инструмент, а также сохраняют направление скважины. При колонковом бурении используют утяжеленные бурильные трубы диаметром 73, 89 и 108 мм.

Обсадные трубы применяют для крепления стенок скважин в неустойчивых породах, изоляции пересекаемых скважиной водоносных горизонтов, а также для восстановления циркуляции промывочной жидкости. Изготавливают обсадные трубы из цельнотянутых заготовок труб. При колонковом бурении скважину крепят тонкостенными обсадными трубами ниппельного соединения с толщиной стенок 3,5…4,5 мм и диаметром 44… 146 мм.